山核桃对产地环境质量的空间响应及其适生环境机制

The transfer of trace elements in soil-crop system is the key problem for influencing the quality of agricultural products, and also is one of the hot issues worldwide. However, the related researches are emphasized the grain crop, vegetable or fresh fruit, rather than the forestry food. This proposal focuses on Carya cathayensis which is one of the famous forestry foods. Based on the scientific sampling strategy, abundant Carya cathayensis and soil samples will be collected from its main production area in China to determine the concentrations of trace elements and the physical-chemical properties of soil samples. Spatial analysis methods combined with GIS techniques will be employed to analyze the spatial variation of trace elements in Carya cathayensis and their rooted soils in the production area, to estimate the quality of Carya cathayensis and its production area, and to investigate the spatial relationships and the transfer of trace elements in soil-crop system in the study area. Meanwhile, the fractionation and bioavailability of heavy metals in the soil of polluted areas will also be studied. The field experiments with principal component analysis and regression kriging method will be carried out to identify major factors affecting Carya cathayensis quality. Based on the important factors, the assessment models will be developed to forecast the quality of Carya cathayensis and to figure out the suitable environment for Carya cathayensis in the production area. The results will provide insight into the prevention and treatment of soil quality, the scientific distribution and management of Carya cathayensis in the production area.

土壤-作物系统微量元素迁移转化是影响农产品质量所要解决的关键问题，也是全球研究的热点之一，但是目前大多集中于粮食作物、蔬菜、新鲜水果等农产品，而对于森林干果的关注较少。本项目以世界性高档干果- - 山核桃为研究对象，突破以往局限于盆栽试验和区域有限"点"的研究手段，在我国山核桃主产区，通过科学的采样布点，采集大量能够充分反映整体信息的山核桃和土壤样品进行测定。利用多种空间分析方法，结合GIS分析技术，分析产地土壤和山核桃中微量元素的空间变异规律，进行土壤质量和山核桃重金属污染风险评价，研究产地土壤-山核桃系统微量元素的空间相关关系及其迁移累积特征，并分析重点地段重金属形态分布特征及其生物有效性。通过运用主成分分析和回归克里格方法，结合林地定位试验，确定影响山核桃质量的产地环境因子，建立山核桃质量评测模型，进行适生环境分区，为产地土壤质量综合防治，山核桃安全生产合理布局和科学管理提供理论依据。

食物安全问题及其相关的产地环境质量研究大多集中于粮食作物、蔬菜、新鲜水果等农产品，而对于森林干果的关注较少。本项目以山核桃为研究对象，以山核桃主产区——皖浙交界的天目山区临安为研究区域，通过实地调研和采样策略研究，采集了189对山核桃和对应的土壤样品，进行了分析测定，开展了研究区土壤和山核桃中微量元素和重金属含量现状及其风险评价、空间变异规律、空间对应关系、影响山核桃质量的驱动因子等研究。.结果表明，研究区林地土壤pH较低，酸化严重，土壤有机质和氮素处于三、四等级，含量丰富，而土壤磷素和钾素处于中下等级，供应不足。林地土壤普遍缺乏B、Zn，而土壤Cu、Fe、Mn则较为丰富。研究区土壤已具有明显的Cu、Cd、Cr、Zn和Pb累积特征，局部土壤已经呈现了Cd、Cu和Ni的污染风险，污染面积分别达到了28.19%、31.22%和16.93%，小部分土壤也呈现了Zn和Pb的污染风险，但是Cr的累积则没有达到污染程度。研究区山核桃具有Pb的污染特征，其余几个元素均没有污染风险。土壤和山核桃元素含量均具有明显的空间分布格局，土壤酸化严重区域主要分布在龙岗和昌化北部地区，低磷区域主要在昌化、太阳等地，低钾分布在龙岗、岛石北部；土壤Cd和Zn的污染主要在太阳、河桥、湍口、清凉峰和岛石，Cu和Ni的污染主要分布在清凉峰、昌化、太阳北部、河桥湍口交界的部分区域，而Pb的污染主要在湍口。山核桃Pb污染分布在岛石龙岗交界、太阳北部、清凉峰龙岗河桥交界等地。总体上，山核桃元素与土壤相应元素的相关性并不显著，山核桃元素与土壤有效态的相关系数大都高于与土壤全量的相关系数，可能与山核桃为多年生植物，其元素含量是长期累积的结果有关，同时也受土壤性质的影响，在所研究理化性质中，pH影响最大，其次为有效磷和速效钾。林地定位硼锌铜配施试验表明，施微量元素肥料能够连续提高土壤B、Zn、Cu有效含量，其中对B、Zn的影响达到了显著水平；硼锌铜配施可以提高叶片中硼、锌、铜的含量，以处理B100Zn100Cu40对叶片中B、Zn含量的提高影响最显著；微量元素配施能够提高山核桃花粉活力，以B100Zn100Cu0处理效果最好；微量元素配施能明显提高山核桃产量。本项目研究结果可以为山核桃产地土壤质量综合防治，山核桃安全生产合理布局和科学管理提供理论依据，为山核桃产业的持续健康发展提供保障。